在材料科学与工程领域，热塑性复合材料与热固性复合材料的融合应用正成为推动轻量化、高性能结构发展的关键方向。其中，模压技术作为核心成型工艺，通过热力学边界的重塑，实现了两种材料性能的互补与优化，为航空航天、汽车制造等领域提供了革命性的解决方案。
热力学边界的重塑：技术本质与挑战
热塑性复合材料以可反复加热软化的特性著称，而热固性复合材料则通过不可逆的交联反应形成稳定结构。两者的结合在模压工艺中面临根本性的热力学矛盾：热固性材料在固化过程中产生的收缩应力，与热塑性材料的流动性之间存在天然冲突。这种矛盾在传统模压工艺中表现为界面缺陷、残余应力分布不均等问题，直接导致制品力学性能下降。
技术突破的关键在于对热力学边界的精准调控。通过动态温度场控制与压力耦合技术，研究人员实现了热固性树脂固化速率与热塑性基体流动性的同步匹配。例如，在碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）复合材料的模压过程中，采用分段加热策略：初期以高温促进热塑性基体熔融渗透，中期通过梯度降温减缓热固性树脂的交联速度，最终在特定温度窗口完成两者的协同固化。这种工艺使界面结合强度提升了30%以上。
纳米增韧：微观结构的革命性优化
界面相容性问题的解决依赖于纳米技术的突破。研究者开发出"可控层间相"技术，在热固性树脂层间引入纳米级热塑性薄膜。这种局部增韧策略通过两种机制发挥作用：其一，纳米薄膜在模压过程中熔融形成柔性过渡层，缓解应力集中；其二，薄膜中的活性基团与两侧基体发生化学反应，形成化学键合。实验数据显示，采用该技术的CF/PEEK复合材料层间剪切强度达到85MPa，较传统工艺提升40%。
更深入的机理研究揭示，纳米颗粒的引入会改变树脂的流变行为。通过原位观察发现，直径50nm的二氧化硅颗粒在热塑性基体中形成"伪交联"网络，这种动态结构在模压压力下可逆调整，既保持了基体的流动性，又抑制了热固性树脂固化时的微裂纹扩展。这种微观结构的重塑，使复合材料的损伤容限得到显著改善。
仿真驱动：从经验试错到精准设计
材料基因组计划推动的仿真技术，正在颠覆传统模压工艺的开发模式。基于德热纳的蠕变理论，研究人员建立了多尺度耦合模型，能够预测界面温度历史对结合强度的影响。该模型整合了热传导方程、流变学模型和化学反应动力学，实现了从分子尺度到宏观尺度的全链条模拟。
在航空发动机短舱部件的开发中，仿真技术展现出强大优势。通过虚拟调试，工程师优化了模压工艺的三个关键参数：温度曲线、压力梯度和保压时间。实际生产验证表明，优化后的工艺使制品残余应力降低60%，同时将生产周期缩短40%。这种"数字孪生+物理验证"的模式，正在成为高端复合材料制造的标准流程。
产业应用：从实验室到工业化的跨越
航空航天领域的应用最具代表性。空客A350的机身卡箍采用TenCate公司的碳纤维织物增强聚苯硫醚（CF/PPS）复合材料，通过模压工艺实现了复杂曲面的精确成型。该部件在保持同等强度的前提下，重量较金属构件减轻55%，且具备可焊接特性，显著降低了装配成本。
汽车工业的轻量化需求推动了工艺创新。某欧洲车企开发的连续纤维增强热塑性复合材料座椅底板，采用"模压+注塑"混合工艺：先通过模压成型基体结构，再注入短玻纤增强的尼龙6材料形成加强肋。这种工艺使部件重量减轻45%，同时将生产节拍控制在90秒以内，达到大批量生产要求。
技术前沿：走向智能化的未来
当前研究正聚焦于三个方向：其一，开发具有形状记忆效应的热塑性树脂，实现模压后的自修复功能；其二，构建基于机器学习的工艺参数智能优化系统，通过实时传感器数据调整热力学边界条件；其三，探索超临界二氧化碳辅助模压技术，利用流体介质改善树脂浸润性。
在材料创新层面，东华大学研发的低熔点聚醚醚酮（LP-PEEK）树脂引起关注。该材料玻璃化转变温度较传统品种提高10℃，但完全熔融温度降低40℃，使模压温度窗口扩大至280-320℃。配合自主研发的热熔预浸料设备，已成功制备出幅宽100mm的连续碳纤维增强预浸料，层板内部质量经超声波检测达到A级标准。
这项技术的演进，本质上是材料科学、传热学与控制工程的深度融合。通过热力学边界的精准重塑，不仅解决了热塑/热固复合材料的界面难题，更开辟了高性能复合材料低成本制造的新路径。随着仿真技术、纳米改性和智能控制的持续突破，模压工艺必将推动复合材料应用进入全新维度，为工程领域带来更高效、更可持续的解决方案。
